【志鸿优化设计】高考物理第一轮复习 （梳理整合+探究突破+巩固提升）专题实验3 验证力的平行四边形定则（含解析） 鲁科版.docVIP

实验3：验证力的平行四边形定则一、实验目的（1）会使用弹簧测力计。（2）验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。二、实验原理（1）等效法：一个力f的作用效果和两个力f1、f2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以一个力f就是这两个力f1和f2的合力，作出力f的图示，如图所示。（2）平行四边形法：根据平行四边形定则作出力f1和f2的合力f的图示。（3）验证：比较f和f的大小和方向是否相同，若在误差允许的范围内相同，则验证了力的平行四边形定则。三、实验器材方木板，白纸，弹簧测力计（两只），橡皮条，细绳套（两个），三角板，刻度尺，图钉（几个）。四、实验步骤（1）用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。（2）用图钉把橡皮条的一端固定在a点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。（3）用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置o，如图所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下o点的位置及此时两细绳的方向。（4）只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置o，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。（5）改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验。五、数据处理（1）用铅笔和刻度尺从结点o沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力f1和f2的图示，并以f1和f2为邻边用刻度尺作平行四边形，过o点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力f的图示。（2）用刻度尺从o点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤（4）中弹簧测力计的拉力f的图示。（3）比较f与f是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则。六、注意事项（1）同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止。（2）在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点o位置一定要相同。（3）用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60100之间为宜。（4）实验时弹簧测力计应与木板平行，读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些。（5）细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与o点连接，即可确定力的方向。（6）在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些。七、误差分析（1）弹簧测力计本身的误差。（2）读数误差和作图误差。（3）两分力f1、f2间的夹角越大，用平行四边形定则作图得出的合力f的误差f也越大。八、实验改进本实验用一个弹簧测力计也可以完成实验，具体操作如下：（1）把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接，另一条细绳用手直接抓住，然后同时拉这两条细绳，使结点至o点，记下两条细绳的方向和弹簧测力计的示数f1。（2）放回橡皮条后，将弹簧测力计连接到另一细绳上，用手再同时拉这两条细绳，使结点至o点，并使两条细绳位于记录下来的方向上，读出弹簧测力计的示数f2。其他步骤与提供两个弹簧测力计相同。这种操作的优点是能减小因两个弹簧测力计的不同而带来的误差，但实验过程麻烦。命题研究一、实验原理和实验误差分析【题例1】（2012湖南长沙模拟）某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中a为固定橡皮条的图钉，o为橡皮条与细绳的结点，ob和oc为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。（1）如果没有操作失误，图乙中的f与f两力中，方向一定沿ao方向的是_。（2）本实验采用的科学方法是_。a理想实验法 b等效替代法c控制变量法 d建立物理模型法（3）实验时，主要的步骤是：a在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；b用图钉把橡皮条的一端固定在板上的a点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；c用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置o，记录下o点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；d按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力f1和f2的图示，并用平行四边形定则求出合力f；e只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力f的图示；f比较f和f的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中：有重要遗漏的步骤的序号是_和_；遗漏的内容分别是_和_。解题要点：命题研究二、实验数据处理【题例2】（2012浙江理综）在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤。（1）为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表：弹力f/n0.501.001.502.002.503.003.50伸长量x/102 m0.741.802.803.724.605.586.42用作图法求得该弹簧的劲度系数k_ n/m；（2）某次实验中，弹簧秤的指针位置如图所示，其读数为_ n；同时利用（1）中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 n，画出这两个共点力的合力f合；（3）由图得到f合_ n。解题要点：1在做“互成角度的两个力的合成”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的o点，以下操作中错误的是（）a同一次实验过程中，o点位置允许变动b实验中，弹簧测力计必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度c实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到o点d实验中，把橡皮条的另一端拉到o点时，两弹簧测力计之间夹角应取90，以便于算出合力的大小2在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套，如图所示。实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条。某同学认为在此过程中必须注意以下几项：a两根细绳必须等长b橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上c在使用弹簧测力计时要注意使弹簧秤与木板平面平行其中正确的是_。（填入相应的字母）3（2012上海六校联考）橡皮筋的一端固定在a点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5 n、最小刻度为0.1 n的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮筋的活动端拉到o点时，两根细绳相互垂直，如图所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。（1）由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_n和_n。（只须读到0.1 n）（2）在方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。4（2012江西师大附中、鹰潭一中联考）“验证力的平行四边形定则”实验中。（1）部分实验步骤如下，请完成有关内容：a将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线。b在其中一根细线上挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录：_、_、_。c将步骤b中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒b、c使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整b、c的位置，使_，记录_。（2）如果“力的平行四边形定则”得到验证，那么图乙中_。临界和极值问题在动力学中的运用本章内容是整个力学的基础，因此高考对本专题的考查是通过与其他知识综合的形式出现，主要涉及弹簧弹力、摩擦力、共点力的合成与分解、物体的平衡等。从历年的高考试题看，单独考查本专题知识的题目较少，多数是将本专题内容与牛顿运动定律、功和能、电磁学等结合起来考查。例如2012年山东理综第17题，2012年江苏单科第5题等。从近几年高考命题可以看出，受力分析及物体平衡的计算一直是高考中的热点。预计在2013年的高考中随着高考试题的难度、区分度的稳定，将保持现有水平；单独出题时，往往以选择题为主，较多的是将本专题内容与其他知识结合起来考查。因此在平时复习中需注重对高考热点的深化和巩固，如“弹簧模型”在不同物理情境下的应用、摩擦力的存在与否及静摩擦力方向的判断、力的合成与分解以及共点力平衡等。要注意解决共点力平衡问题常用的基本方法，如正交分解法、力的三角形法等。另外还要注意本章知识与社会生产、生活和现代科技的结合。一、摩擦力突变问题当物体的受力情况发生变化时，摩擦力的大小和方向往往会发生变化，有可能会导致静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化。该类问题常涉及摩擦力的突变问题，在分析中很容易发生失误。在解决此类问题时应注意以下两点：（1）如题干中无特殊说明，一般认为最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。（2）由于此类问题涉及的过程较为复杂，采用特殊位置法解题往往比采用过程分析法解题更为简单。【例题1】（2012天津理综）如图甲所示，静止在水平地面的物块a，受到水平向右的拉力f作用，f与时间t的关系如图乙所示，设物块与地面的静摩擦力最大值ffmax与滑动摩擦力大小相等，则（）a0t1时间内f的功率逐渐增大bt2时刻物块a的加速度最大ct2时刻后物块a做反向运动dt3时刻物块a的动能最大解题要点：二、极限法在解决物理问题中的应用极限法是把某个物理量推向极端，即极大和极小或极左和极右，并依此做出科学的推理分析，从而给出判断或导出一般结论。极限法只有在所研究的变量发生单调、连续变化，并存在理论极限时才适用，但却是一种科学的思维方法，是解决物理问题的“短、平、快”方法之一。在平时的物理学习中，有意识地进行一些这样的思维方法训练，能有效地培养自己的创造性思维能力。【例题2】如图所示，两光滑斜面的高度相同，乙斜面的总长度和甲斜面的总长度相同，只是乙斜面由两部分接成。将两个相同的小球从两斜面的顶端同时由静止开始释放，不计在接触处的能量损失，问哪一个球先到达斜面底端（）a甲球先到达 b乙球先到达c两球同时到达 d无法确定解题要点：参考答案考向探究突破【题例1】答案：（1）f（2）b（3）cec中应加上“记下两条细绳的方向”e中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置o”解析：（1）由一个弹簧测力计拉橡皮条至o点的拉力一定沿ao方向；而根据平行四边形定则作出的合力，由于误差的存在，不一定沿ao方向，故一定沿ao方向的是f。（2）一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，故b正确。（3）根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是c、e。在c中未记下两条细绳的方向，e中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置o。【题例2】答案：（1）如图所示53（说明：2内都可）（2）2.10（说明：有效数字位数正确，0.02内都可）见解析图（3）3.3（说明：0.2内都可）解析：（1）作图时注意横坐标轴的标度，连线一定是一条过原点的直线，计算k时可取直线上较远的两点计算，例如（0.74102，0.50），（6.42102,3.50），kn/m53 n/m（2）注意估读，作图时注意选取标度，都从o点沿力的方向按力的大小作出力的图示。（3）以这两个力作为平行四边形的两条邻边，作平行四边形，画出对角线。用刻度尺量出平行四边形对角线的长度，除以标度，得出f合3.3 n。演练巩固提升1acd解析：从橡皮条固定点到o点的连线方向，是合力的作用线方向，如果o点变动，那么合力的大小、方向都要变化，就不能验证力的平行四边形定则，故a选项错；c选项中，因一个弹簧测力计已拉到最大量程，再通过另一个弹簧测力计拉橡皮条到o点时，第一个弹簧测力计可能超过最大量程，造成损坏，或读数不准，故c选项错；互成角度的两个力是利用平行四边形定则合成的，两个分力成任意角度都适用，不必成90角，故d选项错。2c解析：该实验验证两个分力的效果等效于其合力的效果，不必要求两分力等大，故b错；与两绳长短无关，a错；但需使两分力与合力在同一平面内，故c正确。3答案：（1）2.54.0（2）如图所示解析：（1）两弹簧测力计的最小分度均为0.1 n，两拉力大小分别为2.5 n和4.0 n。（2）方格纸上的每一方格的边长代表1 n，根据这个标度作出这两个分力的图示，再根据平行四边形定则作出它们的合力，如答案图所示。4答案：（1）见解析（2）解析：（1）b记录钩码个数（或细线拉力），橡皮筋与细线结点的位置o，细线的方向（说明：能反映细线方向的其他记录也可以）。c应使橡皮筋与细线结点的位置与步骤b中结点位置重合，并记录钩码个数和对应的细线方向。（2）对结点进行受力分析，设每个钩码的质量均为m，由平衡条件可知，水平方向满足：4mgcos 3mgcos ，所以。专题提炼升华【例题1】bd解析：根据题图乙可知：在 0t1时间内拉力f没有达到最大静摩擦力ffmax，物体处于静止状态，则拉力f的功率为零，选项a错误；对物块a由